Файлы устройств, драйверы

Как[R37] уже неоднократно упоминалось, одной из основных особенностей ОС Unix является концепция файлов: практически все, с чем работает система, представляется в виде файлов. Внешние устройства не являются исключением и также представлены в системе в виде специальных файлов устройств, хранимых обычно в каталоге /dev.

С точки зрения интерфейсов организации работы с внешними устройствами система делит абсолютно все устройства на две категории: байт-ориентированные и блок-ориентированные устройства. С блок-ориентированными устройствами обмен осуществляется порциями данных фиксированной длины, называемыми блоками. Обычно размер блока кратен степени двойки, а зачастую кратен 512 байтам. Все остальные устройства относятся к байт-ориентированным. Такие устройства позволяют осуществлять обмен порциями данных произвольного размера (от 1 байта до некоторого k). Надо отметить, что к байт-ориентированным устройствам помимо физических устройств, с которыми можно осуществлять обмен, могут относиться устройства, с которыми обмен не осуществим. Примером такого устройства может служить таймер: реально обмены с таймером не происходят, он используется для генерации в системе через определенные промежутки времени прерываний, но относится таймер именно к байт-ориентированным устройствам.

Но, говоря о блок- и байт-ориентированных устройствах, следует помнить, что за регистрацию устройств в системе в конечном счете отвечает драйвер устройства: именно он определяет тип интерфейса устройства. Бывают ситуации, когда одно и то же устройство рассматривается системой и как байт-ориентированное, и как блок-ориентированное. В качестве примера можно привести оперативную память. Заведомо ОЗУ является байт-ориентированным устройством, но организации обменов или при развертывании в оперативной памяти виртуальной файловой системы ОЗУ может рассматриваться уже как блок-ориентированное устройство. Также отметим, что априори считается, что те устройства, на которых может располагаться файловая система, являются блок-ориентированными.

Рассмотрим системную организацию информации, необходимой для управления внешними устройствами. Как упоминалось выше, в системе имеется специальный каталог устройств, в котором располагаются файлы особого типа — специальные файлы устройств. Эти файлы обеспечивают решение следующих задач:

- именование устройств (если быть более точными, то именование драйвера устройства);

- связывание выбранного для именования устройства имени с конкретным драйвером.

Соответственно, структурная организация файлов устройств отличается от организации, например, регулярных файлов. Специальные файлы устройств не имеют блоков файла, хранимых в рабочем пространстве файловой системы. Вся содержательная информация файлов данного типа размещается исключительно в соответствующем индексном дескрипторе. Индексный дескриптор состоит из перечня стандартных атрибутов файла, среди которых, в частности, указывается тип этого файла, а также включает в себя некоторые специальные атрибуты. Эти атрибуты содержат следующие поля: тип файла устройства (блок- или байт-ориентированное), а также еще 2 поля, позволяющие осуществлять работу с конкретным драйвером устройства, — это т.н. старший номер и младший номер. Старший номер (major number) — это номер драйвера в соответствующей типу файла устройства таблице драйверов. А младший номер (minor number) — это некоторая дополнительная информация, передаваемая драйверу при обращении. За счет этого реализуется механизм, когда один драйвер может управлять несколькими сходными устройствами.